DE19700046C2

DE19700046C2 - Drehwinkelsensor

Info

Publication number: DE19700046C2
Application number: DE19700046A
Authority: DE
Inventors: Hirotsugu Nakazawa; Yuhide Aoki
Original assignee: Unisia Jecs Corp
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1996-01-06
Filing date: 1997-01-02
Publication date: 1998-10-22
Anticipated expiration: 2017-01-03
Also published as: GB2308891A; GB2308891B; GB9700118D0; US5811968A; DE19700046A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Senso ren zum Erfassen eines Drehwinkels und insbesondere auf Sen soren eines Typs, der einen Drehwinkel oder einen Öffnungs grad eines Drosselventils, das in ein Luftansaugrohr eines Motors mit innerer Verbrennung eingebaut ist, erfaßt.

Bisher wurden elektronisch gesteuerte Motoren mit innerer Verbrennung weit verbreitet in Kraftfahrzeugen zur Verbes serung des Kraftstoffverbrauchs, des Motorverhaltens und zur Emissionssteuerung verwendet. Bei Motoren eines solchen Typs wird der Öffnungsgrad eines Drosselventils, das in ein Luft ansaugrohr eingebaut ist, als einer von Parametern, die in eine Steuereinheit des Motors eingegeben werden, erfaßt.

Zur Erfassung des Öffnungsgrads des Drosselventils wurden verschiedene Sensoren vorgeschlagen und in die Praxis umge setzt, beispielsweise solche eines Potentiometertyps, der einen Widerstand und eine Bürste aufweist, und eines kon taktlosen Typs, der ein magnetisches Widerstandselement auf weist.

Bei dem Potentiometertyp ist die Bürste mit einer Drossel ventilwelle verbunden und gleitet auf einem blanken Teil des Widerstands als Reaktion auf die Drehung der Welle. Der Wi derstandswert, der durch die Bürste abgenommen wird, wird elektrisch verarbeitet, um ein Informationssignal zu erhal ten, das den Öffnungsgrad des Drosselventils darstellt. Die erste vorläufige japanische Patentveröffentlichung 2-298814 zeigt einen Drehwinkelsensor des kontaktlosen Typs. Dieser Sensor weist allgemein ein magnetisches Widerstandselement auf, das an einem stationären Bauglied befestigt ist, und einen Magneten, der angeordnet ist, um sich als Reaktion auf die Drehung einer Drosselventilwelle um das magnetische Wi derstandselement zu drehen. Mit der Drehung des Magneten ändert sich ein magnetisches Feld, das durch den Magneten erzeugt wird, um das magnetische Widerstandselement, was den Widerstandswert des magnetischen Widerstandselements beein flußt. Der Widerstandswert wird elektrisch verarbeitet, um ein Informationssignal zu erhalten, das den Öffnungsgrad des Drosselventils darstellt.

Aufgrund des inhärenten Aufbaus weisen die Drehwinkelsenso ren der oben genannten Typen folgende Nachteile auf. Bei dem Potentiometertyp besteht die Tendenz, daß die Bürste während der Gleitbewegung vorübergehend von dem Widerstand herunter läuft, was ein vorübergehendes Abschalten des Informations signals, das durch die Bürste abgenommen wird, einführt. Ferner bewirkt eine längere Benutzung des Sensors eine merk liche Abreibung der Bürste, wodurch die Tendenz zu einem Ausfall des Sensors eingeführt wird. Bei dem kontaktlosen Typ der oben genannten Veröffentlichung ändert sich der Ab stand zwischen einem Magnetarmteil des Magneten und dem fe sten magnetischen Widerstandselement stark bei der Drehung des Magneten (d. h. der Drosselventilwelle). Jedoch bewirkt diese Tatsache, daß das Ausgangssignal von dem magnetischen Widerstandselement eine trigonometrische Funktionscharakte ristik relativ zu dem Drehwinkel der Drosselventilwelle auf weist. Das heißt, daß es schwierig ist, ein Ausgangssignal zu besitzen, das eine lineare Charakteristik bezüglich des Öffnungsgrads des Drosselventils zeigt.

Ferner ist im Falle der Verwendung des magnetischen Wider standselements das Ausgangssignal von demselben stark durch die Umgebungstemperatur und die Länge der Verwendungszeit beeinflußt. Tatsächlich ist es schwierig, das beeinflußte Ausgangssignal zu korrigieren.

Die DE 41 23 131 A1 betrifft ein Verfahren und eine Anord nung zur Bereitstellung eines, von einem Drehwinkel linear abhängigen, elektrischen Ausgangssignals. Die Differenz des magnetischen Potentials zwischen jeweils zwei, in einer geo metrisch gegenüberliegenden Punkten in zwei Zweigen eines, von einem magnetischen Fluß gleichsinnig durchsetzten, rota tionssymmetrischen, geschlossenen magnetischen Systems in einem eingeschränkten Winkelbereich dient als Maß für den Drehwinkel. Der Rotor ist so ausgebildet, daß zwei symme trische, geschlossene magnetische Kreise unter Einbeziehung mindestens einer Magnetfeldquelle und der Ringdiagonalen gebildet werden. Das Differenzpotential auf dem Ring wird unter Einschluß jeweils eines Luftspaltes über mindestens ein Schenkelpaar in dem Detektorelement in ein, von einem Drehwinkel linear abhängiges, elektrisches Ausgangssignal umgewandelt.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Drehwinkeldetektor mit einer stabilen Erfassungscharakteris tik und Zuverlässigkeit während einer langen Verwendungs dauer zu schaffen.

Diese Aufgabe wird durch einen Drehwinkelsensor gemäß An spruch 1 gelöst.

Die vorliegende Erfindung schafft einen Drehwinkelsensor, der ein Informationssignal ausgibt, das bezüglich des Dreh winkels einer Drosselventilwelle oder dergleichen eine li neare Charakteristik zeigt. Die vorliegende Erfindung schafft einen Drehwinkelsensor, dessen Erfassungscharakteri stik stabil ist und dessen Dauerhaftigkeit und Zuverlässig keit groß sind.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend bezugnehmend auf die beiliegenden Zeich nungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine vertikale Schnittansicht eines Drehwinkelsen sors, der ein erstes Ausführungsbeispiel der vor liegenden Erfindung darstellt;

Fig. 2 eine Schnittansicht entlang der Linie II-II von Fig. 1;

Fig. 3 ein Blockdiagramm einer elektrischen Schaltung, die bei dem Drehwinkelsensor der vorliegenden Erfindung verwendet ist;

Fig. 4 ein Blockdiagramm des Drehwinkelsensors des ersten Ausführungsbeispiels, das eine Positionsbeziehung zwischen verschiedenen Teilen desselben zeigt;

Fig. 5 einen magnetischen Kreis, der durch den Drehwin kelsensor des ersten Ausführungsbeispiels geliefert wird;

Fig. 6 einen Graph, der eine Beziehung zwischen einer Aus gangsspannung von jedem eines ersten und eines zweiten Hall-Elements, die bei dem Sensor des er sten Ausführungsbeispiels verwendet sind, und einem Drehwinkel, der erfaßt werden soll, zeigt;

Fig. 7 einen Graph, der eine Beziehung zwischen einem Sig nal von einem Dividierer, der bei dem Sensor des ersten Ausführungsbeispiels verwendet ist, und einem Drehwinkel, der erfaßt werden soll, zeigt;

Fig. 8 einen Graph, der eine Beziehung zwischen einem er sten Signal von einer Rechenschaltung, die bei dem Sensor des ersten Ausführungsbeispiels verwendet ist, und einem Drehwinkel, der erfaßt werden soll, zeigt;

Fig. 9 eine Draufsicht eines Magneten, der bei einem Dreh winkelsensor eines zweiten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung verwendet ist;

Fig. 10 eine vertikale Schnittansicht eines Drehwinkelsen sors, der ein drittes Ausführungsbeispiel der vor liegenden Erfindung ist;

Fig. 11 eine Schnittansicht entlang der Linie XI-XI von Fig. 10;

Fig. 12 ein Blockdiagramm eines Drehwinkelsensors eines vierten Ausführungsbeispiels der Erfindung, das verschiedene Teile desselben zeigt;

Fig. 13 eine Schnittansicht ähnlich der von Fig. 1, die je doch einen Drehwinkelsensor eines fünften Ausfüh rungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 14 eine Ansicht ähnlich der von Fig. 2, die jedoch den Drehwinkelsensor des fünften Ausführungsbeispiels zeigt;

Fig. 15 ein Blockdiagramm einer elektrischen Schaltung, die bei dem Drehwinkelsensor des fünften Ausführungs beispiels verwendet ist;

Fig. 16 ein Blockdiagramm des Drehwinkelsensors des fünften Ausführungsbeispiels, das eine Positionsbeziehung zwischen verschiedenen Teilen desselben zeigt;

Fig. 17 ein magnetischer Kreis, der durch den Drehwinkel sensor des fünften Ausführungsbeispiels geliefert wird;

Fig. 18 einen Graph, der eine Beziehung zwischen einer Aus gangsspannung von jedem eines ersten und eines zweiten Hall-Elements, die bei dem Sensor des fünf ten Ausführungsbeispiels verwendet sind, und einem Drehwinkel, der erfaßt werden soll, zeigt;

Fig. 19 einen Graph, der eine Beziehung zwischen einem Sig nal von einer Rechenschaltung, die bei dem Sensor des fünften Ausführungsbeispiels verwendet ist, und einem Drehwinkel, der erfaßt werden soll, zeigt;

Fig. 20 ein Blockdiagramm eines Drehwinkelsensors eines sechsten Ausführungsbeispiels der Erfindung, das eine Positionsbeziehung zwischen verschiedenen Tei len desselben zeigt; und

Fig. 21 eine perspektivische Ansicht von zusammengebauten Teilen, die in einen Drehwinkelsensor eines siebten Ausführungsbeispiels der Erfindung eingebaut sind.

In den Fig. 1 bis 8, speziell in den Fig. 1 bis 5, ist ein Drehwinkelsensor bzw. -detektor 100A eines ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung dargestellt, der angeordnet ist, um einen Drehwinkel eines Drosselventils, das in ein Luftansaugrohr eines Motors mit innerer Verbrennung eingebaut ist, zu erfassen.

In Fig. 1 ist durch das Bezugszeichen 1 ein Kunststoffgehäu se bezeichnet, das einen röhrenförmigen Abschnitt 1A, das eine Bohrung aufweist, die abwärts ausgerichtet ist, und einen dickeren Trennwandabschnitt 1B aufweist, der in der Bohrung des röhrenförmigen Abschnitts 1A angeordnet ist. Aufgrund des Bereitstellens des Wandabschnitts 1B ist in ei nem oberen Teil des röhrenförmigen Abschnitts 1A eine kreis förmige Ausnehmung 1C definiert.

Wie dargestellt ist, ist der röhrenförmige Abschnitt 1A fest in einer kreisförmigen Ausnehmung 2A, die in einem Drossel körper 2 gebildet ist, aufgenommen. Der Drosselkörper 2 weist eine Welle 3 eines Drosselventils (nicht gezeigt), das drehbar an demselben angebracht ist, auf. Wie dargestellt ist, weist die Welle 3 einen Kopfabschnitt auf, der in die Bohrung des röhrenförmigen Abschnitts 1A vorsteht.

Eine Magnetplatte bzw. ein Magnet 4 ist durch Verstemmung oder dergleichen mit dem Kopfabschnitt der Welle 3 verbunden, um sich mit demselben zu drehen. Für diese Verbindung ist die Magnetplatte 4 mit einer elliptischen Bohrung 4E (siehe Fig. 2) in ihrem mittleren Bereich ausgebildet, mit der ein Halsteil der Welle 3 Eingriff nimmt.

Wie in Fig. 2 gezeigt ist, ist die Magnetplatte 4 allgemein elliptisch geformt und weist entgegengesetzt gegenüberlie gende bogenförmige Kanten 4A und 4B und parallele Seitenkan ten 4C und 4D auf. Wie dargestellt ist, erstreckt sich jede bogenförmige Kante 4A oder 4B um einen Winkel von 90° um die Achse der Welle 3. Die bogenförmigen Kanten 4A und 4B besit zen einen N-Pol bzw. einen S-Pol.

Mit dem Bezugszeichen 5 ist ein erstes Paar von Magnetteil- Abschnitten bzw. Polschuhen bezeichnet, das in den röhrenförmigen Abschnitt 1A des Kunststoffgehäuses eingebettet ist.

Aus den Fig. 1 und 2 ist offensichtlich, daß jeder Magnet teil-Abschnitt 5 eine konvexe Struktur aufweist. Wie aus Fig. 2 zu sehen ist, sind die zwei ersten Magnetteil-Ab schnitte 5 an entgegengesetzt gegenüberliegenden Positionen bezüglich der Achse der Welle 3 angeordnet, wobei dieselben angeordnet sind, um die Magnetplatte 4 zusammen mit einem nachfolgend beschriebenen zweiten Paar von Magnetteil-Ab schnitten 6 zu umgeben. Jeder Magnetteil-Abschnitt 5 (und 6) erstreckt sich in einem Winkelbereich von 90° um die Achse der Welle 3. Jeder erste Magnetteil-Abschnitt 5 ist eine Einrichtung zum Führen eines Magnetfeldes, das durch die Magnetplatte 4 erzeugt wird, durch einen nachfolgend be schriebenen ersten magnetischen Weg, der die Abschnitte 7 und 8 bildet, zu einem ersten Hall-Element 11.

Das zweite Paar von Magnetteil-Abschnitten ist durch das Bezugszeichen 6 bezeichnet und ist in den röhrenförmigen Abschnitt 1A des Kunststoffgehäuses 1 eingebettet, wobei dieselben jeweils zwischen den beiden ersten Magnetteil-Ab schnitten 5 plaziert sind. Gleichartig wie die ersten Mag netteil-Abschnitte 5 und 5 erstreckt sich jeder zweite Mag netteil-Abschnitt 6 in einem Winkelbereich von 90° um die Achse der Welle 3. Jeder zweite Magnetteil-Abschnitt 6 ist eine Einrichtung zum Leiten eines magnetischen Feldes, das durch die Magnetplatte 4 erzeugt wird, durch einen später beschriebenen zweiten magnetischen Weg, der die Abschnitte 9 und 10 bildet, zu einem zweiten Hall-Element 12.

Das heißt, daß das erste und das zweite Paar von Magnet teil-Abschnitten 5 und 6 angeordnet sind, um eine unterteil te zylindrische Struktur um die Magnetplatte 4 zu bilden. Ferner ist ein bogenförmiger Freiraum zwischen den zylindri schen Struktur, die somit gebildet ist, und jeder bogenför migen Kante 4A oder 4B der Magnetplatte 4 definiert.

Wie in Fig. 2 gezeigt ist, ist der Drehwinkel Θ der Magnet platte 4 (d. h. der Drehwinkel der Welle 3) bezüglich einer Nullposition (Θ = 0) bestimmt, bei der ein mittlerer Teil der bogenförmigen Kante 4A der Magnetplatte 4 einem mittle ren Teil 6A eines Magnetteil-Abschnitts 6 gegenüberliegt. Überdies wird die Richtung, in der sich die bogenförmige Kante 4A der Magnetplatte 4 von dem mittleren Teil 6A des Magnetteil-Abschnitts 6 in Fig. 2 nach rechts bewegt, als die positive Richtung bezeichnet, während die Richtung, in die sich die bogenförmige Kante 4A von dem mittleren Teil 6A des Magnetteil-Abschnitts 6 nach links bewegt, als die ne gative Richtung bezeichnet wird. Aufgrund der Beschaffenheit des Drosselventils beträgt der Winkelbereich, in dem sich die Drosselventilwelle 3 drehen kann, ±90°. Das heißt, daß, wenn der Drehwinkel Θ -90° ist, das Drosselventil eine ge schlossene Position annimmt, während, wenn der Drehwinkel Θ 90° ist, das Drosselventil eine vollständig offene Position annimmt (volle Drossel).

Mit den Bezugszeichen 7 und 8 sind die den ersten magneti schen Weg bildenden Abschnitte bezeichnet, die Basisenden, die einstückig mit den ersten Magnetteil-Abschnitten 5 ver bunden sind, und Leitungsendabschnitte, die in die kreis förmige Ausnehmung 1C des Gehäuses 1 vorstehen, aufweisen.

Wie aus Fig. 1 zu sehen ist, ist der Leitungsendabschnitt des einen magnetischen Weg bildenden Abschnitts 7 über dem ersten Hall-Element 11, das in die kreisförmige Ausnehmung 1C des Gehäuses 1 eingebaut ist, positioniert. Der Leitungs endabschnitt des den anderen magnetischen Weg bildenden Ab schnitts 8 erstreckt sich auf dem Wandabschnitt 1B des Ge häuses 1 entlang einer hinteren Oberfläche eines nachfolgend beschriebenen Schaltungssubstrats 13.

Wie aus den Fig. 1 und 4 offensichtlich ist, liegt das Lei tungsende 7A des einen magnetischen Weg bildenden Abschnitts 7 gegenüber dem Leitungsende 8A des anderen einen magneti schen Weg bildenden Abschnitts 8. Wie in Fig. 1 gezeigt ist, sind zwischen den zwei Leitungsenden 7A und 8A das erste Hall-Element 11 und das Schaltungssubstrat 13 angeordnet.

Mit dem Bezugszeichen 9 und 10 sind die den zweiten magneti schen Weg bildenden Abschnitte bezeichnet, die Basisenden, die einstückig mit den zweiten Magnetteil-Abschnitten 6 ver bunden sind, und Leitungsendabschnitte aufweisen, die in die kreisförmige Ausnehmung 1C des Gehäuses 1 vorstehen.

Wie aus Fig. 1 zu sehen ist, ist der Leitungsendabschnitt des einen magnetischen Weg bildenden Abschnitts 9 über dem ersten Hall-Element 11 positioniert, während der Leitungs endabschnitt des anderen einen magnetischen Weg bildenden Abschnitts 10 sich auf dem Wandabschnitt 1B des Gehäuses 1 entlang der hinteren Oberfläche des Schaltungssubstrats 13 erstreckt.

Wie aus den Fig. 1 und 4 zu sehen ist, liegt das Leitungs ende 9A des einen magnetischen Weg bildenden Abschnitts 9 gegenüber dem Leitungsende 10A des anderen einen magneti schen Weg bildenden Abschnitts 10. Wie in Fig. 1 gezeigt ist, sind zwischen den zwei Leitungsenden 9A und 10A ein nachfolgend beschriebenes zweiten Hall-Element 12 und das Schaltungssubstrat 13 angeordnet.

Wie aus Fig. 4 zu sehen ist, ist der gegenüberliegende Be reich zwischen den Leitungsenden 7A und 8A der einen magne tischen Weg bildenden Abschnitte 7 und 8 gleich dem zwischen den Leitungsenden 9A und 10A der den anderen magnetischen Weg bildenden Abschnitte 9 und 10. Ferner ist der Abstand "a" zwischen den Leitungsenden 7A und 8A gleich dem zwischen den Leitungsenden 9A und 10A.

Wie aus Fig. 1 zu sehen ist, sind das erste und das zweite Hall-Element 11 und 12 derart auf dem Schaltungssubstrat 13 angeordnet, um zwischen denselben eine parallele Anordnung zu bilden. Wie aus Fig. 4 offensichtlich wird, ist das erste Hall-Element 11 zwischen den Leitungsenden 7A und 8A der einen magnetischen Weg bildenden Abschnitte 7 und 8 angeord net, um ein erstes Spannungssignal E1 proportional zu der Dichte des magnetischen Flusses, der zwischen den Leitungs enden 7A und 8A erzeugt wird, auszugeben. Unterdessen ist das zweite Hall-Element 12 zwischen den Leitungsenden 9A und 10A der einen magnetischen Weg bildenden Abschnitte 9 und 10 angeordnet, um ein zweites Spannungssignal E2 proportional zu der Dichte des magnetischen Flusses, der zwischen den Leitungsenden 9A und 10A erzeugt wird, auszugeben.

Das Schaltungssubstrat 13 weist eine nachfolgend beschriebe ne Rechenschaltung 19 auf, die zusammen mit dem ersten und dem zweiten Hall-Element 11 und 12 auf demselben installiert ist. Wie bereits oben erwähnt wurde, ist das erste oder das zweite Hall-Element 11 oder 12 auf dem Schaltungssubstrat 13 zwischen dem Leitungsende 7A oder 8A des einen magnetischen Weg bildenden Abschnitts 7 oder 8 und dem Leitungsende 9A oder 10A des einen magnetischen Weg bildenden Abschnitts 9 oder 10 angeordnet. Das Schaltungssubstrat 13 weist eine Mehrzahl von Anschlußstiften 14 auf, die an demselben ange bracht sind.

Wie in Fig. 1 gezeigt ist, weist jeder Anschlußstift 14 ein gebogenes Basisende, das das Schaltungssubstrat 13 durch dringt, und ein Leitungsende, das in eine Bohrung eines männlichen Verbinders 15 vorsteht, auf. Der männliche Ver binder 15 weist eine rechteckige Form auf und ist einstückig mit dem Kunststoffgehäuse 1 gebildet. Wenn ein weiblicher Verbinder (nicht gezeigt) mit dem männlichen Verbinder 15 gekoppelt ist, wird die elektrische Schaltung, die auf dem Schaltungssubstrat 13 angeordnet ist, mit einem externen elektrischen Gerät (nicht gezeigt), beispielsweise einer Leistungsquelle und dergleichen, zu der der weibliche Ver binder eine Verbindung herstellt, elektrisch verbunden. Wie nachfolgend hierin beschrieben wird, wird ein Signal "So", das durch die Rechenschaltung 19 erzeugt wird, zu einem ex ternen Gerät geleitet.

Mit dem Bezugszeichen 16 ist eine Kunststoffabdeckung be zeichnet, die mit dem Gehäuse 1 verbunden ist, um die kreis förmige Ausnehmung 1C desselben hermetisch abzudichten. Für diese Abdichtung ist eine Gummidichtung 17 oder dergleichen verwendet.

Mit dem Bezugszeichen 18 ist eine magnetische Abschirmungs platte bezeichnet, die in den Wandabschnitt 1B des Gehäuses 1 eingebettet ist. Wie gezeigt ist, ist die magnetische Ab schirmungsplatte 18 gerade unterhalb des ersten und des zweiten Hall-Elements 11 und 12 auf dem Schaltungssubstrat 13 positioniert. Das heißt, daß aufgrund der Bereitstellung einer derartigen Platte 18 das erste und das zweite Hall- Element 11 und 12 davor geschützt sind, direkt durch die magnetische Platte 4 beeinflußt zu werden.

Wie aus Fig. 3 zu sehen ist, verarbeitet die Rechenschaltung 19 Spannungssignale "E1" und "E2", die von dem ersten und dem zweiten Hall-Element 11 und 12 ausgegeben werden, und gibt ein Signal "So" aus, das einen Drehwinkel der Drossel ventilwelle 3 darstellt. Die Rechenschaltung 19 weist allge mein eine Absolutwert-Ausgabevorrichtung 20, einen Addierer 21, einen Dividierer 22 und einen Verstärker 23 auf.

Die Absolutwert-Ausgabevorrichtung 20 gibt einen Absolutwert des ersten Spannungssignals E1, das von dem ersten Hall-Ele ment 11 ausgegeben wird, aus. Der Addierer 21 addiert den Absolutwert von der Vorrichtung 20 und das zweite Spannungs signal E2 von dem zweiten Hall-Element 12. Der Dividierer 22 leitet ein Verhältnis zwischen dem Ausgangssignal von dem Addierer 21 und dem Ausgangssignal E1 von dem ersten Hall- Element 11 ab. Der Verstärker 23 verstärkt das Ausgangssi gnal von dem Dividierer 22. Der Verstärker 23 ist elektrisch mit den Anschlußstiften 14 verbunden, um ein Erfassungssi gnal "So" auszugeben, das den Drehwinkel der Drosselventil welle 3 darstellt.

In Fig. 3 ist mit dem Bezugszeichen 24 ein Referenzspan nungsgenerator bezeichnet, der einen Versatzpegel für das Ausgangssignal des Dividierers 22 bestimmt, während mit dem Bezugszeichen 25 ein Korrektursignalgenerator bezeichnet ist, der das Ausgangssignal des Verstärkers 23 korrigiert, so daß das Ausgangssignal eine lineare Charakteristik auf weist.

Im folgenden wird der Betrieb des Drehwinkelsensors 100A des ersten Ausführungsbeispiels bezugnehmend auf die Zeichnun gen, insbesondere auf die Fig. 4 bis 8, beschrieben.

Wie aus Figur A zu sehen ist, bewegt sich bei einer Drehung der Drosselventilwelle 3 um einen Drehwinkel "Θ" die bogen förmige Kante 4A der Magnetplatte 4 um die Achse der Welle 3 um einen Winkel von ±90° von einem mittleren Abschnitt 6A des Magnetteil-Abschnitts 6. Wenn sich die Magnetplatte 4 in die positive Richtung dreht, d. h. in der Zeichnung im Uhr zeigersinn, ist ermöglicht, daß die bogenförmige Kante 4A dem Magnetteil-Abschnitt 5 in einem Winkelbereich "Θ1" ge genüberliegt und dem Magnetteil-Abschnitt 6 in einem Winkel bereich von "Θ2" gegenüberliegt. Währenddessen ist ermög licht, daß die andere bogenförmige Kante 4B dem anderen Mag netteil-Abschnitt 5 in einem Winkelbereich "Θ1" gegenüber liegt und dem anderen Magnetteil-Abschnitt 6 in einem Win kelbereich von "Θ2" gegenüberliegt. Der magnetische Fluß, der durch die Magnetplatte 4 erzeugt wird, wird durch die ersten Magnetteil-Abschnitte 5 und die den ersten magneti schen Weg bildenden Abschnitte 7 und 8 zu dem ersten Hall- Element 11 geleitet, während gleichzeitig der magnetische Fluß durch die zweiten Magnetteil-Abschnitte 6 und die den zweiten magnetischen Weg bildenden Abschnitte 9 und 10 zu dem zweiten Hall-Element 12 geleitet wird.

Wie aus Fig. 5 zu sehen ist, bilden unter diesen Umständen die Magnetplatte 4, die Magnetteil-Abschnitte 5 und die den ersten magnetischen Weg bildenden Abschnitte 7 und 8 einen ersten magnetischen Kreis, während die Magnetplatte 4, die zweiten Magnetteil-Abschnitte 6 und die den zweiten magneti schen Weg bildenden Abschnitte 9 und 10 einen zweiten magne tischen Kreis bilden. Diese zwei magnetischen Kreise sind auf die dargestellte Art und Weise angeordnet.

Wenn der inverse Wert eines magnetischen Widerstands zwi schen der bogenförmigen Kante 4A der Magnetplatte 4 und je dem der Magnetteil-Abschnitte 5 und 6 durch eine Permeanz P1 oder P2 dargestellt wird, werden die Permeanz P1 und die Permeanz P2 aus den folgenden Gleichungen hergeleitet.

P1 = α . µ₀ . Θ1 = α . µ₀ . Θ (1)

P2 = α . µ₀ . Θ2 = α . µ₀ . (90° - Θ) (2)

Das heißt, daß die Permeanz P1 oder P2 proportional zu dem gegenüberliegenden Bereich, in dem sich die bogenförmige Kante 4A der magnetischen Platte 4 und jeder der ersten und zweiten Magnetteil-Abschnitte 5 und 6 gegenüberliegen, ist.

In den obigen Gleichungen ist der Wert α ein konstanter Wert, der durch die axiale Länge der Magnetplatte 4, die axiale Länge von jedem der Magnetteil-Abschnitte 5 und 6 und den Abstand zwischen der Magnetplatte 4 und jedem der Mag netteil-Abschnitte 5 und 6 bestimmt ist. Der Wert "µ₀" stellt die magnetische Permeabilität im Vakuum dar.

Wenn der inverse Wert eines magnetischen Widerstands zwi schen der anderen bogenförmigen Kante 4B der Magnetplatte 4 und jedem der anderen Magnetteil-Abschnitte 5 und 6 durch eine Permeanz P3 oder P4 dargestellt wird, werden die Per meanzen P3 und P4 aus den folgenden Gleichungen hergeleitet.

P3 = α . µ₀ . Θ1 = P1 (3)

P4 = α . µ₀ . Θ2 = P2 (4)

Wenn der inverse Wert eines magnetischen Widerstands um das erste und das zweite Hall-Element 11, 12 durch eine Permeanz PS dargestellt wird, impliziert die Tatsache, daß die Per meanz PS verglichen mit der Permeanz P1, P2, P3 oder P4 der ersten und zweiten Magnetteil-Abschnitte 5 und 6 ziemlich klein ist, daß die Permeanz PS vernachlässigt werden kann.

Folglich ist der Gesamtwert "ϕ" des magnetischen Flusses, der basierend auf der magnetomotorischen Kraft der Magnet platte 4 erzeugt wird, und der durch den ersten und den zweiten magnetischen Kreis verläuft, stets konstant, wie durch die folgende Gleichung dargestellt ist.

ϕ = F/((1/P1) + (1/P3)) + F/((1/P2) + (1/P4))
= F . (P1 + P2)/2
= F . α . µ₀ . 90°/2 (5)

Der magnetische Fluß ϕ1, ϕ2, der durch den Magnetteil-Ab schnitt 5, 6 verläuft, weist die folgenden Zusammenhänge auf.

ϕ1 : ϕ2 = P1 : P2 (6)

ϕ1 = ϕ . P1/(P1 + P2)
= ϕ . α . µ₀ . Θ/(α . µ₀ . 90°)
= ϕ . Θ/90° (7)

f2 = ϕ . P2/(P1 + P2)
= ϕ . α . µ₀ . (90° - Θ)/(α . µ₀ . 90°)
= ϕ . (1 - Θ/90°) (8)

Da der gegenüberliegende Bereich, in dem sich die Leitungs enden 7A und 8A der einen magnetischen Weg bildenden Ab schnitte 7, 8 gegenüberliegen, gleich dem gegenüberliegenden Bereich ist, in dem sich die Leitungsenden 9A, 10A der einen magnetischen Weg bildenden Abschnitte 9, 10 gegenüberliegen, ist die Dichte B1 oder B2 des magnetischen Flusses, der durch das erste oder zweite Hall-Element 11, 12 verläuft, durch die folgenden Gleichungen dargestellt, wenn die Kon stante, die durch den gegenüberliegenden Bereich eingeführt wird, β ist.

B1 = β . ϕ1 (9)

B2 = β . ϕ2 (10)

Da die Hall-Elemente 11, 12 identische Charakteristika auf weisen und die Ausgangsspannung E1 oder E2 des Hall-Elements 11 oder 12 proportional zu der Dichte des magnetischen Flus ses B1 oder B2 ist, werden die folgenden Gleichungen erhal ten:

E1 = G . B1
= G . β . ϕ . Θ/90° (11)

E2 = G . B2
= G . β . ϕ . (1 - Θ/90°) (12)

In diesen Gleichungen bezeichnet G die Empfindlichkeit des Hall-Elements 11, 12, das die Ausgangsspannung E1, E2 be züglich der Dichte B1, B2 des magnetischen Flusses bestimmt.

Ferner kann die Ausgangsspannung E2 des Hall-Elements 12 durch die folgende Gleichung dargestellt werden.

E2 = G . B2
= G . β . ϕ . (1 - |Θ|/90°) (13)

Das heißt, daß die Gleichung 12 durch die Gleichung 13 er setzt werden kann.

Folglich wird aus Gleichung 11 offensichtlich, daß die Aus gangsspannung E1 des Hall-Elements 11 proportional zu dem Drehwinkel "Θ" ist. Das heißt, daß, wie aus der Kennlinie 26 von Fig. 6 zu sehen ist, mit einer Zunahme des Drehwinkels die Ausgangsspannung E1 zunimmt. Wenn der Drehwinkel Θ -90° beträgt, zeigt die Ausgangsspannung E1 den negativen Maxi malwert, da unter einem solchen Umstand der eine Magnet teil-Abschnitt 5 der bogenförmigen Kante 4B der Magnetplatte 4 gegenüberliegt und der andere Magnetteil-Abschnitt 5 der bogenförmigen Kante 4A gesamt der Magnetplatte 4 gegenüber liegt. Wenn nun die Magnetplatte 4 in eine positive Richtung gedreht wird, wird der gegenüberliegende Bereich zwischen den Magnetteil-Abschnitten 5 und der bogenförmigen Kanten 4A, 4B der Magnetplatte 4 reduziert. Proportional zu dem ge genüberliegenden Bereich, der somit reduziert ist, wird die Ausgangsspannung E1 reduziert, wobei, wenn der Drehwinkel Θ 0° beträgt, die Ausgangsspannung E1 beinahe 0 V (Volt) wird.

Wenn danach die Magnetplatte 4 in eine positive Richtung ge dreht wird, wird die Polarität der Magnetplatte 4, die den Magnetteil-Abschnitten 5 gegenüberliegt, umgekehrt, wobei bewirkt wird, daß der eine Magnetteil-Abschnitt 5 der bogen förmigen Kante 4A der Magnetplatte 4 gegenüberliegt, und wobei bewirkt wird, daß der andere Magnetteil-Abschnitt 5 der bogenförmigen Kante 4B der Magnetplatte 4 gegenüber liegt. Folglich zeigt die Ausgangsspannung E1 einen positi ven Wert. Da der gegenüberliegende Bereich zwischen den Ma gnetteil-Abschnitten 5 und den bogenförmigen Kanten 4A, 4B der Magnetplatte 4 mit einer Zunahme des Drehwinkels Θ zu nimmt, wird die Ausgangsspannung E1 proportional zu dem ge genüberliegenden Bereich erhöht. Wenn der Drehwinkel Θ 90° wird, zeigt die Ausgangsspannung E1 den maximalen positiven Wert.

Aus der Gleichung 13 ist offensichtlich, daß die Ausgangs spannung E2 von dem Hall-Element 12 zwei herausragende Merk male aufweist. Das heißt, daß, wie aus der gestrichelten Kennlinie in Fig. 6 zu sehen ist, wenn der Drehwinkel Θ -90° beträgt, die Ausgangsspannung E2 etwa 0 V (Volt) beträgt, da unter diesen Umständen, die Magnetteilabschnitte 6 nicht den bogenförmigen Kanten 4A, 4B der Magnetplatte 4 gegenüberlie gen. Wenn nun die Magnetplatte 4 in die positive Richtung gedreht wird, wird die Ausgangsspannung E2 erhöht, da der gegenüberliegende Bereich zwischen den Magnetteil-Abschnit ten 6 und den bogenförmigen Kanten 4A, 4B der Magnetplatte 4 zunimmt. Wenn der Drehwinkel Θ 0° ist, zeigt die Ausgangs spannung E2 den maximalen Wert. Wenn danach die Magnetplatte 4 weiter in die positive Richtung gedreht wird, wird der ge genüberliegende Bereich zwischen den Magnetteil-Abschnitten 6 und den bogenförmigen Kanten 4A, 4B der Magnetplatte 4 re duziert, wodurch die Ausgangsspannung E2 reduziert wird. Wenn der Drehwinkel Θ 90° wird, wird die Ausgangsspannung E2 etwa 0 V (Volt).

Die Empfindlichkeit G der Hall-Elemente 11, 12 wird durch die Umgebungstemperatur beeinflußt, wobei sich entsprechend die Ausgangsspannung E1, E2 ändert. Da der magnetische Ge samtfluß "ϕ" von der magnetomotorischen Kraft F der Magnet platte 4 abhängt, ändern sich die Ausgangsspannungen E1, E2, während dieselben durch die magnetomotorische Kraft "F" der Magnetplatte 4 beeinflußt werden.

Um dies zu kompensieren, werden die Ausgangsspannungen E1, E2 in die Rechenschaltung 19 eingegeben, wobei die folgende Berechnung in der Rechenschaltung 19 durchgeführt wird.

Sx = E1/(|E1| + E2) = Θ/90° (14)

Das heißt, daß das Absolutwert-Ausgabegerät 20 der Rechen schaltung 19 den Absolutwert |E1| der Ausgangsspannung E1 ableitet, wobei der Addierer 21 einen addierten Wert (|E1| + E2) durch das Addieren des Absolutwerts |E1| und des Werts der Ausgangsspannung E2 ableitet. Der Dividierer 22 bewirkt die Gleichung 14, d. h. teilt die Ausgangsspannung E1 durch den addierten Wert (|E1| + E2), um das Signal Sx auszugeben.

Damit weist das Signal Sx eine solche Charakteristik auf, wie sie durch die durchgezogene Kennlinie 28 in Fig. 7 ge zeigt ist, weshalb, wenn der Drehwinkel Θ -90° beträgt, das Signal Sx den minimalen Wert zeigt (Sx = -1), während, wenn der Drehwinkel Θ 90° beträgt, das Signal Sx den maximalen Wert (Sx = 1) zeigt. Das heißt, daß die Charakteristik des Signals Sx nur durch den Drehwinkel Θ bestimmt ist, d. h., daß das Signal Sx nicht durch die magnetomotorische Kraft F der Magnetplatte 4 und die Empfindlichkeit G der Hall-Ele mente 11, 12 beeinflußt ist.

Wie wiederum in Fig. 3 gezeigt ist, speist der Basisspan nungsgenerator 24 den Dividierer 22 mit einer Basisspannung, verstärkt der Verstärker 23 das Signal Sx, das von dem Divi dierer 22 ausgegeben wird, und speist der Korrektursignalge nerator 25 den Verstärker 23 mit einem Korrektursignal, um zu ermöglichen, daß der Verstärker 23 ein korrigiertes ver stärktes Signal So ausgibt.

Das heißt, daß basierend auf dem Signal Sx das Signal So aus der folgenden Gleichung erhalten wird.

So = k . Sx + Vo
= (k . ϕ)/90° + Vo (15)

Vo ist eine konstante Spannung (beispielsweise 2,5 Volt) und die Konstante k stellt einen Verstärkungsfaktor dar.

Gemäß dem obigen weist das Signal So eine solche Charakteri stik auf, wie sie durch die durchgezogene Kennlinie 29 in Fig. 8 gezeigt ist. Das heißt, daß, wenn der Drehwinkel Θ -90° beträgt, das Signal So den minimalen Wert (So = Vo - k) zeigt, während, wenn der Drehwinkel Θ 90° ist, das Signal So den maximalen Wert (So = Vo + k) zeigt.

Der Drehwinkelsensor 100A des oben genannten ersten Ausfüh rungsbeispiels weist folgende Vorteile auf.

Die ersten und die zweiten Magnetteil-Abschnitte 5, 6 sind von der Drosselventilwelle 3 und der Magnetplatte 4 beab standet. Das heißt, daß die Magnetteil-Abschnitte 5, 6 nicht in Kontakt mit derselben sind. Folglich wird die Erfassung des Drehwinkels Θ der Welle 3 gleichmäßig durchgeführt, ohne durch einen unerwünschten Reibungswiderstand beeinflußt zu werden, der erzeugt werden würde, wenn die Magnetteil-Ab schnitte 5, 6 die Welle 3 und die Magnetplatte 4 berühren würden. Das heißt, daß, bei einer sogenannten kontaktfreien Anordnung, nicht nur die Dauerhaftigkeit, sondern auch die Empfindlichkeit der Dreherfassungsvorrichtung 100A erhöht ist. Tatsächlich besteht nicht die Möglichkeit des Antref fens eines solchen unerwünschten Zustands, bei dem die Aus gangsspannung E1, E2 von dem ersten oder dem zweiten Hall- Element 11, 12 vorübergehend abgeschaltet ist.

Wie aus der Gleichung 15 zu sehen ist, kann die Rechenschal tung 19 das korrigierte verstärkte Signal So ausgeben, das exakt den Drehwinkel Θ der Drosselventilwelle 3 darstellt. Folglich wird eine präzise Erfassung des Drehwinkels Θ durchgeführt, die nicht durch die magnetomotorische Kraft F der Magnetplatte 4 und die Temperaturcharakteristik der Empfindlichkeit der Hall-Elemente 11, 12 beeinflußt ist.

Der magnetische Fluß, der durch den Magneten 4 erzeugt wird, wird von den ersten Magnetteil-Abschnitten 5 durch die einen magnetischen Weg bildenden Abschnitte 7, 8 zu dem ersten Hall-Element 11 geleitet, während derselbe von den zweiten Magnetteil-Abschnitten 6 durch die einen magnetischen Weg bildenden Abschnitte 9, 10 zu dem zweiten Hall-Element 12 geleitet wird. Folglich kann das erste Hall-Element 11 eine Ausgangsspannung E1 gemäß dem magnetischen Fluß ϕ1, der durch die Magnetplatte 4 zwischen den ersten Magnetteil-Ab schnitten 5 erzeugt wird, ausgeben, während das zweite Hall-Element 12 eine Ausgangsspannung E2 gemäß dem magneti schen Fluß ϕ2, der durch die Magnetplatte 4 zwischen den zweiten Magnetteil-Abschnitten 6 erzeugt wird, ausgeben kann. Ferner kann sich der Pegel der Ausgangsspannungen E1, E2 von dem ersten und dem zweiten Hall-Element 11, 12 gemäß dem Drehwinkel Θ der Magnetplatte 4 stark ändern.

Aufgrund des Bereitstellens der einen magnetischen Weg bildenden Abschnitte 7, 8, 9, 10 kann der magnetische Fluß, der durch die Magnetplatte 4 erzeugt wird, wirksam zu dem ersten und dem zweiten Hall-Element 11, 12 geleitet werden, weshalb die Freiheit beim Befestigen der Hall-Elemente 11, 12 erhöht ist. Da das erste und das zweite Hall-Element 11, 12 benachbart angeordnet sind, ist es ferner möglich, zu ermöglichen, daß dieselben die gleichen äußeren Bedingungen antreffen.

Die ersten und die zweiten Magnetteil-Abschnitte 5, 6 sind angeordnet, um eine geteilte zylindrische Form zu bilden, die konzentrisch zu der Drosselventilwelle 3 ist. Folglich kann der Abstand zwischen jeder bogenförmigen Kante 4A, 4B der Magnetplatte 4 und den Magnetteil-Abschnitten 5, 6 kon stant gehalten werden, selbst bei einer Drehung der Magnet platte 4. Damit ist es möglich, einen magnetischen Fluß ϕ1 von den ersten Magnetteil-Abschnitten 5 abzuleiten, der pro portional zu dem gegenüberliegenden Bereich zwischen den er sten Magnetteil-Abschnitten 5 und den bogenförmigen Kanten 4A, 4B der Magnetplatte 4 ist, weshalb es möglich ist, von dem ersten Hall-Element 11 eine Ausgangsspannung E1 zu er halten, die proportional zu dem Drehwinkel Θ der Welle 3 ist. Zusätzlich ist es möglich, einen magnetischen Fluß ϕ2 von den zweiten Magnetteil-Abschnitten 6 abzuleiten, der proportional zu dem gegenüberliegenden Bereich zwischen den zweiten Magnetteil-Abschnitten 6 und der bogenförmigen Kante 4A, 4B des Magneten 4 ist, weshalb es möglich ist, von dem zweiten Hall-Element 12 eine Ausgangsspannung E2 zu erhal ten, die proportional zu dem Drehwinkel Θ der Welle 3 ist.

Da die Magnetplatte 4 und die Magnetteil-Abschnitte 5, 6 konzentrisch angeordnet sein können, ist eine Verringerung der Größe des Drehwinkelsensors 100A möglich. Da ferner nur die Magnetplatte 4 an der Welle 3 befestigt ist, ist der Zu sammenbau des Drehwinkelsensors 100A vereinfacht.

In Fig. 9 ist eine Magnetplatte 31 gezeigt, die bei einem Drehwinkelsensor 100B eines zweiten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung verwendet ist.

Wie dargestellt ist, weist die Magnetplatte 31 dieses zwei ten Ausführungsbeispiels entgegengesetzt gegenüberliegende Sektorabschnitte 31A und einen rechteckigen mittleren Ab schnitt 31B auf. Der mittlere Abschnitt 31B ist mit einem Schlitz 31C ausgebildet, mit dem die Welle 3 des Drossel ventils Eingriff nimmt.

Ähnlich der Magnetplatte 4 des oben genannten ersten Ausfüh rungsbeispiels 100A erstreckt sich die bogenförmige Kante jedes Sektorabschnitts 31A in einem Winkel von 90° um die Achse der Welle 3. Die zwei Sektorabschnitte 31A stellen ei nen N-Pol bzw. einen S-Pol dar.

Aufgrund des gleichartigen Aufbaus zu dem oben beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel 100A weist der Drehwinkelsensor 100B dieses zweiten Ausführungsbeispiels im wesentlichen die gleichen Vorteile wie der des ersten Ausführungsbeispiels 100A auf. Zusätzlich zu diesen Vorteilen besitzt das zweite Ausführungsbeispiel 100B ferner folgenden Vorteil.

Aufgrund der Beschaffenheit der Form der Magnetplatte 31 kann sich der magnetische Fluß der Magnetplatte 31 von jedem Sektorabschnitt 31A in einem Winkelbereich von 90° weit aus dehnen. Folglich ist es, selbst wenn der Drehwinkel Θ nahezu ±90° oder 0 (Null) wird, möglich, einen magnetischen Fluß, der proportional zu dem gegenüberliegenden Bereich zwischen den ersten und zweiten Magnetteil-Abschnitten 5, 6 und den Sektorabschnitten 31A der Magnetplatte 31 ist, von der Ma gnetplatte 31 exakt zu dem ersten und dem zweiten Hall-Ele ment 11, 12 zu leiten. Folglich wird eine präzise Erfassung dieses Drehwinkels Θ im gesamten Drehbereich der Drosselven tilwelle 3 durchgeführt.

In den Fig. 10 und 11 sind wesentliche Teile eines Drehwin kelsensors 100C eines dritten Ausführungsbeispiels der vor liegenden Erfindung gezeigt. Zur Vereinfachung der Beschrei bung sind die Teile, die im wesentlichen die gleichen wie die des oben beschriebenen ersten Ausführungsbeispiels 100A sind, durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei ei ne Erklärung derselben im Folgenden weggelassen ist.

Bei diesem dritten Ausführungsbeispiel 100C sind an beiden Enden einer Magnetplatte 41, die an der Drosselventilwelle 3 befestigt ist, Magnetteile 42 befestigt. Leitungsendab schnitte der Magnetteile 42 sind angeordnet, um ersten und zweiten Magnetteil-Abschnitten 43, 44 gegenüber zu liegen.

Die Magnetplatte 41, die an der Welle 3 befestigt ist, weist eine allgemein quadratische Form auf, und besitzt gegenüber liegende parallele Oberflächenabschnitte 41A, die einen N-Pol bzw. einen S-Pol darstellen. Die Magnetplatte 41 ist mit einer Bohrung 41B in einem mittleren Abschnitt derselben ausgebildet, in der die Welle 3 fest angebracht ist.

Jedes Magnetteil 42 weist einen Armabschnitt 42A auf, der ein Basisende aufweist, das mit dem Oberflächenabschnitt 41A der quadratischen Magnetplatte 41 verbunden ist und sich in eine radiale Richtung erstreckt, sowie einen halbzylindri schen Abschnitt 42B, der von dem Leitungsende des entspre chenden Armabschnitts 42A in eine Richtung parallel zu der Achse der Welle 3 vorsteht.

Wie aus Fig. 11 offensichtlich ist, erstreckt sich jeder halbzylindrische Abschnitt 42B um die Achse der Welle 3 in nerhalb eines Winkelbereichs von 90°. Die konkave innere Oberfläche jedes halbzylindrischen Abschnitts 42B kann der konvexen äußeren Oberfläche der ersten und zweiten Magnet teil-Abschnitte 43, 44 gegenüberliegen.

Wie in Fig. 10 gezeigt ist, sind die ersten Magnetteil-Ab schnitte 43 und die zweiten Magnetteil-Abschnitte 44 alle innerhalb der halbzylindrischen Abschnitte 42B plaziert.

Wie aus Fig. 11 zu sehen ist, sind die ersten Magnetteil- Abschnitte 43 symmetrisch bezüglich der Achse der Welle 3 angeordnet, wobei sich jeder Magnetteil-Abschnitt 43 in einem Winkelbereich von 90° um die Achse der Welle 3 er streckt. Die zweiten Magnetteil-Abschnitte 44 sind ebenfalls symmetrisch bezüglich der Achse der Welle 3 angeordnet, wo bei sich jeder Magnetteil-Abschnitt 44 in einem Winkelbe reich von 90° um die Achse der Welle 3 erstreckt.

Wie aus Fig. 11 zu erkennen ist, sind die ersten und zweiten Magnetteil-Abschnitte 43, 44 abwechselnd angeordnet, um eine unterteilte zylindrische Form zu bilden, die konzentrisch zu der Welle 3 ist.

Ähnlich wie bei dem oben beschriebenen ersten Ausführungs beispiel existieren für die ersten und die zweiten Magnet teil-Abschnitte 43, 44 einstückig verbundene Basisenden er ster und zweiter einen magnetischen Weg bildender Abschnitte 7, 8, 9 10. Zwischen den Leitungsenden 7A, 8A der einen ma gnetischen Weg bildenden Abschnitte 7, 8 ist ein erstes Hall-Element 11 angeordnet, während zwischen den Leitungsen den 9A, 10A der einen magnetischen Weg bildenden Abschnitte 9, 10 ein zweites Hall-Element 12 angeordnet ist.

Bei der Anordnung, wie sie oben beschrieben ist, weist das dritte Ausführungsbeispiel 100C im wesentlichen die gleichen Vorteile wie das oben beschriebene erste Ausführungsbeispiel auf. Zusätzlich zu diesen Vorteilen weist das dritte Ausfüh rungsbeispiel 100C folgende Vorteile auf.

Aufgrund des Vorsehens der Magnetteile 42, die an der Ma gnetplatte 41 befestigt sind, ist es möglich, einen magneti schen Fluß der Magnetplatte 41 zwischen den halbzylindri schen Abschnitten 42B zu konzentrieren, weshalb ein Entwei chen des magnetischen Flusses reduziert ist. Folglich kann der magnetische Fluß viel effektiver von den ersten und zweiten Magnetteil-Abschnitten 43, 44 zu dem ersten und dem zweiten Hall-Element 11, 12 geleitet werden, weshalb die Er fassungsempfindlichkeit für den Drehwinkel stark erhöht ist.

In Fig. 12 ist ein Blockdiagramm eines Drehwinkelsensors 100D eines vierten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Er findung dargestellt. Zur Vereinfachung der Beschreibung sind die Teile, die im wesentlichen gleich denen des oben be schriebenen ersten Ausführungsbeispiels 100A sind, mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei eine Erklärung der selben aus der folgenden Beschreibung weggelassen ist.

Bei dem vierten Ausführungsbeispiel 100D ist zusätzlich ein magnetischer Ring 51 verwendet, der angeordnet ist, um kon zentrisch zu der Drosselventilwelle 3 zu sein. Obwohl dies in den Zeichnungen nicht dargestellt ist, ist der Ring 51 mit der Welle 3 verbunden, um sich mit derselben zu drehen.

Wie dargestellt ist, weist der Ring 51 zwei entgegengesetzt gegenüberliegende bogenförmige Magnetteile 51A und zwei ent gegengesetzt gegenüberliegende nicht-magnetische Teile 51B auf. Jedes bogenförmige Magnetteil erstreckt sich in einem Winkelbereich von 90° um die Achse der Welle 3. Ein bogen förmiges Magnetteil 51A weist eine innere Oberfläche auf, die einen N-Pol darstellt, während das andere bogenförmige Magnetteil 51A eine innere Oberfläche aufweist, die einen S-Pol darstellt.

Wie dargestellt ist, ist der Ring 51 angeordnet, um die er sten und zweiten Magnetteil-Abschnitte 5, 6 zu umgeben.

Bei der Anordnung, wie sie oben beschrieben ist, weist das vierte Ausführungsbeispiel 100D im wesentlichen die gleichen Vorteile wie das oben beschriebene dritte Ausführungsbei spiel 100C auf. Zusätzlich zu diesen Vorteilen weist das vierte Ausführungsbeispiel 100D folgende Vorteile auf.

Aufgrund der Beschaffenheit des Rings 51 kann derselbe leichtgewichtig aufgebaut sein, was die Belastung reduziert, die auf die Welle 3 ausgeübt wird. Folglich ist die Empfind lichkeit des Drehwinkelsensors 100D verbessert.

In den Fig. 13 bis 19, speziell den Fig. 13 bis 17, ist ein Drehwinkelsensor 100E, der ein fünftes Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellt, gezeigt.

Wie aus den Fig. 13 und 14 zu sehen ist, ist der Drehwinkel sensor 100E dieses Ausführungsbeispiels ähnlich dem Sensor 100A des oben beschriebenen ersten Ausführungsbeispiels. Folglich sind Teile, die im wesentlichen die gleichen wie die des ersten Ausführungsbeispiels sind, mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei eine detaillierte Erklärung derselben aus der folgenden Beschreibung weggelassen ist.

Wie aus den Fig. 14 und 15 offensichtlich ist, sind bei dem fünften Ausführungsbeispiel 100E nur ein erster Magnetteil- Abschnitt 5 und nur ein zweiter Magnetteil-Abschnitt 6 ver wendet. Ferner ist bei dem fünften Ausführungsbeispiel 100E ein größerer dritter Magnetteil-Abschnitt 70 verwendet. Die se Magnetteil-Abschnitte 5, 6 und 70 sind alle in den röh renförmigen Abschnitt 1A des Kunststoffgehäuses 1 eingebet tet.

Wie in Fig. 14 gezeigt ist, sind diese drei Magnetteil-Ab schnitte 5, 6 und 70 angeordnet, um eine unterteilte Zylin drische Struktur zu bilden, die die Magnetplatte 4 konzen trisch umgibt.

Jeder der Magnetteil-Abschnitte 5 und 6 erstreckt sich in einem Winkelbereich von 90° um die Achse der Welle 3. Der Magnetteil-Abschnitt 5 ist eine Einrichtung zum Leiten eines magnetischen Flusses, der durch die Magnetplatte 4 erzeugt wird, durch einen nachfolgend beschriebenen einen ersten ma gnetischen Weg bildenden Abschnitt 8 zu einem ersten Hall- Element 11, während der Magnetteil-Abschnitt 6 eine Einrich tung zum Leiten des magnetischen Flusses durch einen nach folgend beschriebenen, einen zweiten magnetischen Weg bil denden Abschnitt 9 zu einem zweiten Hall-Element 12 ist.

Der dritte Magnetteil-Abschnitt 70 erstreckt sich in einem Winkelbereich von 180° um die Welle 3. Der dritte Magnet teil-Abschnitt 70 ist eine Einrichtung zum Leiten des magne tischen Flusses der Magnetplatte 4 durch einen nachfolgend beschriebenen, einen dritten magnetischen Weg bildenden Ab schnitt 72 (siehe Fig. 16) zu dem ersten und dem zweiten Hall-Element 11, 12.

Wie aus Fig. 14 zu sehen ist, ist der Drehwinkel Θ der Mag netplatte 4 (d. h. der Drehwinkel der Welle 3) bezüglich einer Nullposition (Θ = 0) bestimmt, an der ein mittlerer Teil der bogenförmigen Kante 4A der Magnetplatte 4 einer mittleren Position zwischen dem ersten und dem zweiten Mag netteil-Abschnitt 5 und 6 gegenüberliegt. Ferner wird die Richtung, in der sich die bogenförmige Kante 4A der Magnet platte 4 in Fig. 14 nach rechts bewegt, d. h. zu dem ersten Magnetteil-Abschnitt 5 hin, als die positive Richtung be zeichnet, während die Richtung, in der sich die bogenförmige Kante 4A in der Zeichnung nach links bewegt, d. h. zu dem zweiten Magnetteil-Abschnitt 6 hin, als die negative Rich tung bezeichnet wird. Der Winkelbereich, in dem sich die Welle 3 drehen kann, beträgt ±45°. Das heißt, daß, wenn der Drehwinkel Θ -45° beträgt, das Drosselventil einen geschlos senen Zustand einnimmt, während, wenn der Drehwinkel Θ 45° beträgt, das Drosselventil einen vollständig geöffneten Zu stand einnimmt.

Wie aus den Fig. 16 und 13 zu sehen ist, weist der den er sten magnetischen Weg bildende Abschnitt 8 ein Basisende auf, das mit dem ersten Magnetteil-Abschnitt 5 verbunden ist, sowie ein Leitungsende, das in einen ausgenommenen Ab schnitt 1C des Kunststoffgehäuses 1 vorsteht.

Wie aus Fig. 13 zu sehen ist, ist, ähnlich wie bei dem er sten Ausführungsbeispiel von Fig. 1, der Leitungsendab schnitt des den ersten magnetischen Weg bildenden Abschnitts 7 über dem ersten Hall-Element 11, das in der kreisförmigen Ausnehmung 1C des Gehäuses 1 installiert ist, positioniert. Der den zweiten magnetischen Weg bildende Abschnitt 9 weist ein Basisende auf, das mit dem zweiten Magnetteil-Abschnitt 6 verbunden ist, sowie ein Leitungsende, das in den ausge nommenen Abschnitt 1C des Gehäuses 1 vorsteht. Der Leitungs endabschnitt des den zweiten magnetischen Weg bildenden Ab schnitts 9 ist über dem zweiten Hall-Element 12, das in der kreisförmigen Ausnehmung 1C des Gehäuses 1 installiert ist, positioniert.

Wie aus Fig. 16 offensichtlich ist, sind die Leitungsenden 8A, 9A der die magnetischen Wege bildenden Abschnitte 8, 9 in der Nähe eines Leitungsendes 72A des den dritten magneti schen Weg bildenden Abschnitts 70 plaziert.

Es sei bemerkt, daß der gegenüberliegende Bereich und der Abstand "a" zwischen dem Leitungsende 8A und dem Leitungs ende 72A gleich denjenigen zwischen dem Leitungsende 9A und dem Leitungsende 72A sind.

Der den dritten magnetischen Weg bildende Abschnitt 72 weist ein Basisende, das mit dem dritten Magnetteil-Abschnitt 70 verbunden ist, und ein Leitungsende, das in den ausgenomme nen Abschnitt 1C des Gehäuses 1 vorsteht, auf. Das Leitungs ende des den dritten magnetischen Weg bildenden Abschnitts 72 erstreckt sich auf dem Wandabschnitt 1B des Gehäuses 1 entlang einer hinteren Oberfläche eines nachfolgend be schriebenen Schaltungssubstrats 13.

Wie aus den Fig. 13 und 16 zu sehen ist, ist zwischen dem Leitungsende 72A des den dritten magnetischen Weg bildenden Abschnitts 72 und dem Leitungsende 8A des den ersten magne tischen Weg bildenden Abschnitts 8 das erste Hall-Element 11 angeordnet. Zwischen dem Leitungsende 72A und dem Leitungs ende 9A des den zweiten magnetischen Weg bildenden Ab schnitts 9 ist das zweite Hall-Element 12 angeordnet. Das erste und das zweite Hall-Element 11, 12 sind parallel auf dem Schaltungssubstrat 13 angeordnet und gekoppelt, um eine einzelne Spitze zu bilden.

Das erste Hall-Element 11 gibt ein erstes Spannungssignal "E1" aus, das proportional zu der Dichte eines magnetischen Flusses zwischen dem Leitungsende 72A und dem Leitungsende 8A ist, während das zweite Hall-Element 12 ein zweites Span nungssignal "E2" ausgibt, das proportional zu der Dichte ei nes magnetischen Flusses zwischen den Leitungsenden 72A und 9A ist.

Das Schaltungssubstrat 13 ist in dem ausgenommenen Abschnitt 1C des Gehäuses 1 positioniert und mit dem ersten und dem zweiten Hall-Element 11, 12 sowie einer Rechenschaltung 19 ausgestattet.

Die Rechenschaltung 19 ist auf dem Schaltungssubstrat 13 be festigt, um basierend auf den Ausgangssignalen E1, E2 von dem ersten und dem zweiten Hall-Element 11, 12 ein Signal "So" auszugeben, das den Drehwinkel der Welle 3 darstellt.

Wie in Fig. 15 gezeigt ist, weist die Rechenschaltung 19 einen Addierer 20, einen Subtrahierer 21, einen Dividierer 22 und einen Verstärker 23 auf.

Der Addierer 20 addiert die Spannungssignale E1, E2 von dem ersten und dem zweiten Hall-Element 11, 12, der Subtrahierer 21 führt eine Subtraktion der Spannungssignale E1, E2, die von dem ersten und dem zweiten Hall-Element 11, 12 ausgege ben werden, durch, der Dividierer 22 berechnet das Verhält nis zwischen dem Ausgangssignal von dem Addierer 20 und dem Ausgangssignal von dem Subtrahierer 21, und der Verstärker 23 verstärkt das Ausgangssignal von dem Dividierer 22. Der Verstärker 23 ist elektrisch mit den Anschlußstiften 14 ver bunden, um das Signal "So" zu einem externen Gerät (nicht gezeigt) auszugeben.

Mit dem Bezugszeichen 24 ist ein Referenzspannungsgenerator bezeichnet, der einen Versatzpegel für das Ausgangssignal des Dividierers 22 bestimmt. Mit dem Bezugszeichen 25 ist ein Korrektursignalgenerator bezeichnet, der das Ausgangs signal des Verstärkers 23 dividiert, so daß das Ausgangssig nal eine lineare Charakteristik aufweist.

Im folgenden wird der Betrieb des Drehwinkelsensors 100E des fünften Ausführungsbeispiels bezugnehmend auf die Zeichnun gen, insbesondere die Fig. 16 bis 19, beschrieben.

Wie in Fig. 16 gezeigt ist, bewegt sich bei einer Drehung der Welle 3 um einen Drehwinkel "Θ" die bogenförmige Kante 4A der Magnetplatte 4 um einen Drehwinkel von ±45° von dem beabstandeten zwischen dem ersten und dem zweiten Magnet teil-Abschnitt 5, 6 liegenden Abschnitt um die Achse der Welle 3. Wenn sich die Magnetplatte 4 in die positive Rich tung dreht, d. h. in der Zeichnung im Uhrzeigersinn, ist er möglicht, daß die bogenförmige Kante 4A dem ersten Magnet teil-Abschnitt 5 in einem Winkelbereich "Θ1" gegenüberliegt, während ermöglicht ist, daß die andere bogenförmige Kante 4B der Magnetplatte 4 dem dritten Magnetteil-Abschnitt 70 in dem gleichen Winkelbereich gegenüberliegt. Unterdessen ist, wenn die Magnetplatte 4 sich in die negative Richtung dreht, d. h. in der Zeichnung gegen den Uhrzeigersinn, ermöglicht, daß die bogenförmige Kante 4A dem zweiten Magnetteil-Ab schnitt 6 in einem Winkelbereich "Θ2" gegenüberliegt, wäh rend ermöglicht ist, daß die andere bogenförmige Kante 4B dem dritten Magnetteil-Abschnitt 70 gegenüberliegt. Der ma gnetische Fluß, der durch die Magnetplatte 4 erzeugt wird, wird von dem ersten und dem dritten Magnetteil-Abschnitt 5, 70 durch die den ersten und den dritten magnetischen Weg bildenden Abschnitte 8, 72 zu dem ersten Hall-Element 11 geleitet, während gleichzeitig der magnetische Fluß von dem zweiten und dem dritten Magnetteil-Abschnitt 6, 70 durch die den zweiten und den dritten magnetischen Weg bildenden Ab schnitte 9, 72 zu dem zweiten Hall-Element 12 geleitet wird.

Wie in Fig. 17 gezeigt ist, bilden in diesem Zustand die Ma gnetplatte 4, die Magnetteil-Abschnitte 5, 70 und die einen magnetischen Weg bildenden Abschnitte 8, 72 einen ersten ma gnetischen Kreis, während die Magnetplatte 4, die Magnet teil-Abschnitte 6, 70 und die einen magnetischen Weg bilden den Abschnitte 9, 72 einen zweiten magnetischen Kreis bil den. Diese beiden magnetischen Kreise sind auf die gezeigte Art und Weise magnetisch verbunden.

Wenn der inverse Wert eines magnetischen Widerstands zwi schen der bogenförmigen Kante 4A der Magnetplatte 4 und je dem des ersten und des zweiten Magnetteil-Abschnitts 5, 6 durch eine Permeanz P1 oder P2 dargestellt wird, sind die Permeanz P1 und die Permeanz P2 aus folgenden Gleichungen ableitbar:

P1 = α . µ₀ . Θ1
= α . µ₀ . (45° + Θ) (16)

P2 = α . µ₀ . Θ2
= α . µ₀ . (45° - Θ) (17)

In den obigen Gleichungen ist der Wert α ein konstanter Wert, der durch die axiale Länge der Magnetplatte 4, die axiale Länge von jedem der Magnetteil-Abschnitte 5, 6 und den Abstand zwischen der Magnetplatte und jedem der Magnet teil-Abschnitte 5, 6 bestimmt ist. Der Wert "µ₀" stellt die magnetische Permeabilität im Vakuum dar.

Wenn der inverse Wert eines magnetischen Widerstands zwi schen der anderen bogenförmigen Kante 4B der Magnetplatte 4 und dem dritten Magnetteil-Abschnitt 70 durch eine Permeanz P3 dargestellt wird, ist die Permeanz aus der folgenden Gleichung ableitbar:

P3 = α . µ₀ . 90° = P1 + P2 (18)

Wenn der inverse Wert eines magnetischen Widerstands, der um das erste und das zweite Hall-Element 11, 12 erscheint, durch eine Permeanz PS dargestellt wird, impliziert die Tat sache, daß die Permeanz PS verglichen mit den Permeanzen P1, P2 des ersten und des zweiten Magnetteil-Abschnitts 5, 6 ziemlich klein ist, daß die Permeanz PS vernachlässigt wer den kann.

Folglich ist der Gesamtwert "ϕ" des magnetischen Flusses, der basierend auf der magnetomotorischen Kraft der Magnet platte 4 erzeugt wird und durch den ersten und den zweiten magnetischen Kreis läuft, stets konstant, wie durch die fol gende Gleichung dargestellt ist.

ϕ = F . 1/(1/(P1 + P2) + 1/P3)
= F . P3/2
= F . α . µ₀ . 90°/2 (19)

Das bedeutet, daß der Wert ϕ konstant ist.

Die magnetischen Flüsse ϕ1, ϕ2, die durch die Magnetteil-Ab schnitte 5, 6 verlaufen, weisen den folgenden Zusammenhang auf:

ϕ1 : ϕ2 = P1 : P2 (20)

ϕ1 = ϕ . P1/(P1 + P2)
= ϕ . α . µ₀ . (45° + Θ)/(α . µ0 . 90°)
= ϕ . (0,5 + Θ/90°) (21)

ϕ2 = ϕ . P2/(P1 + P2)
= ϕ . α . µ₀ . (45° - Θ)/(α . µ₀ . 90°)
= ϕ . (0,5 - Θ/90°) (22)

Da der gegenüberliegende Bereich zwischen dem Leitungsende 8A des den ersten magnetischen Weg bildenden Abschnitts 8 und dem Leitungsende 72a des den dritten magnetischen Weg bildenden Abschnitts 72 gleich dem zwischen dem Leitungsende 9A des den zweiten magnetischen Weg bildenden Abschnitts 9 und dem Leitungsende 72a ist, ist die Dichte B1 oder B2 des magnetischen Flusses, der durch das erste oder das zweite Hall-Element 11, 12 läuft, durch die folgenden Gleichungen dargestellt, wenn die Konstante, die durch den gegenüberlie genden Bereich induziert wird, β ist.

B1 = β . ϕ1 (23)

B2 = β . ϕ2 (24)

E1 = G . B1
= G . β . ϕ . (0,5 + Θ/90°) (25)

E2 = G . B2
= G . β . ϕ . (0,5 - Θ/90°) (26)

In diesen Gleichungen bezeichnet G die Empfindlichkeit der Hall-Elemente 11, 12, die die Ausgangsspannungen E1, E2 be züglich der Dichte B1, B2 des magnetischen Flusses bestimmt.

Als Ergebnis ist aus der durchgezogenen Kennlinie 26 von Fig. 18 offensichtlich, daß die Ausgangsspannung E1 des Hall-Elements 11 proportional zu dem Drehwinkel Θ ist, wes halb mit einer Zunahme des Drehwinkels Θ die Ausgangsspan nung E1 zunimmt. Das heißt, daß, wenn der Drehwinkel Θ -45° beträgt, die Ausgangsspannung E1 0 V (Volt) ist, da unter diesen Umständen der Magnetteil-Abschnitt 5 nicht der bogen förmigen Kante 4A der Magnetplatte 4 gegenüberliegt. Da der gegenüberliegende Bereich zwischen dem Magnetteil-Abschnitt 5 und der bogenförmigen Kante 4A der Magnetplatte 4 mit der Zunahme des Drehwinkels Θ zunimmt, nimmt die Ausgangsspan nung E1 proportional zu dem gegenüberliegenden Bereich zu, wobei, wenn der Drehwinkel Θ 45° beträgt, die Ausgangsspan nung den maximalen Wert zeigt.

Wie aus der gestrichelten Kennlinie von Fig. 18 zu sehen ist, ist die Ausgangsspannung E2 des Hall-Elements 12 eben falls proportional zu dem Drehwinkel Θ. Das heißt, daß die Ausgangsspannung E2 mit einer Zunahme des Drehwinkels Θ ab nimmt. Das heißt, daß, wenn der Drehwinkel Θ -45° beträgt, die Ausgangsspannung E2 den maximalen Wert zeigt, da unter diesen Umständen der Magnetteil-Abschnitt 6 der gesamten äußeren Oberfläche der bogenförmigen Kante 4A der Magnet platte 4 gegenüberliegt. Bei einer Zunahme des Drehwinkels wird der gegenüberliegende Bereich zwischen dem Magnetteil- Abschnitt 6 und der bogenförmigen Kante 4A der Magnetplatte 4 reduziert, wodurch die Ausgangsspannung E2 reduziert wird. Wenn der Drehwinkel Θ 45° beträgt, beträgt die Ausgangsspan nung 0 V (Volt).

Die Empfindlichkeit G der Hall-Elemente 11, 12 wird durch die Umgebungstemperatur beeinflußt, wodurch entsprechend die Ausgangsspannungen E1, E2 geändert werden. Da der gesamte magnetische Fluß "ϕ" von der elektromotorischen Kraft F der Magnetplatte 4 abhängt, ändern sich die Ausgangsspannungen E1, E2, während dieselbe durch die elektromotorische Kraft "F" der Magnetplatte 4 beeinflußt wird.

Um dies zu kompensieren werden die Ausgangsspannungen E1, E2 in die Rechenschaltung 19 eingegeben, wobei die folgende Be rechnung in der Rechenschaltung 19 durchgeführt wird:

Sx = (E1 - E2)/(E1 + E2) - (2/90°) . Θ (27)

Das heißt, daß der Subtrahierer 21 der Rechenschaltung 19 eine Subtraktion der Ausgangsspannungen E1, E2 bewirkt, um einen Subtraktionswert (E1 - E2) abzuleiten, während der Ad dierer 20 die Ausgangswerte E1, E2 addiert, um einen Addi tionswert (E1 + E2) abzuleiten. Der Dividierer 22 dividiert den Wert (E1 - E2) durch den Wert (E1 + E2), d. h. bewirkt die Gleichung 27.

Der Basisspannungsgenerator 24 gibt eine Basisspannung in den Dividierer 22 ein, der Verstärker 23 verstärkt das Be rechnungssignal Sx, das von dem Dividierer 22 ausgegeben wird, und der Korrektursignalgenerator 25 speist den Ver stärker 23 mit einem Korrektursignal, um zu ermöglichen, daß der Verstärker 23 ein korrigiertes verstärktes Signal So ausgibt.

Das heißt, daß basierend auf dem Signal Sx das Signal So ge mäß folgender Gleichung erhalten wird:

So = k . Sx + Vo
= ((2 . k . ϕ)/90°) + Vo (28)

Vo ist eine konstante Spannung (beispielsweise 2,5 Volt), wobei die Konstante k einen Verstärkungsfaktor darstellt.

Gemäß dem obigen weist das Signal So eine solche Charakte ristik auf, wie sie durch die durchgezogene Kennlinie 28 von Fig. 19 gezeigt ist. Folglich zeigt, wenn der Drehwinkel Θ -45° beträgt, das Signal den minimalen Wert (So = Vo - k), während, wenn der Drehwinkel Θ 45° beträgt, das Signal So den maximalen Wert (So = Vo + k) zeigt.

Das Signal So wird im wesentlichen nur durch den Drehwinkel Θ bestimmt und ist folglich davor geschützt, durch die ma gnetomotorische Kraft der Magnetplatte 4 und die Empfind lichkeit der Hall-Elemente 11, 12 beeinflußt zu werden.

Aufgrund der Ähnlichkeit des Aufbaus zu dem oben beschrie benen ersten Ausführungsbeispiel 100A weist der Drehwinkel sensor 100E dieses fünften Ausführungsbeispiels die gleichen Vorteile wie der des ersten Ausführungsbeispiels auf.

Wenn es erwünscht ist, kann die Magnetplatte 4 durch die Magnetplatte 31, die in Fig. 9 gezeigt ist, ersetzt werden.

In Fig. 20 ist ein Drehwinkelsensor 100F eines sechsten Aus führungsbeispiels der vorliegenden Erfindung gezeigt. Dieses Ausführungsbeispiel 100F ist ähnlich dem oben beschriebenen fünften Ausführungsbeispiel 100E. Zur Vereinfachung der Be schreibung sind die Teile, die im wesentlichen die gleichen wie diejenigen des fünften Ausführungsbeispiels 100E sind, mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei eine Erklä rung derselben aus der folgenden Beschreibung weggelassen ist.

Bei diesem sechsten Ausführungsbeispiel erstrecken sich ein erster und ein zweiter Magnetteil-Abschnitt 141 und 142 je weils um einen Winkel "ΘA" (beispielsweise 110°), der 90° übersteigt, um die Achse der Welle 3. Ferner ist eine bogen förmige Kante 144A (N-Pol) der Magnetplatte 144, die dem er sten und dem zweiten Magnetteil-Abschnitt 141, 142 gegen überliegen kann, größer geformt als eine andere bogenförmige Kante 144B. Das heißt, daß die bogenförmige Kante 144A einen Mittelwinkel "ΘB" aufweist, der gleich dem Winkel "ΘA" ist.

Ein dritter Magnetteil-Abschnitt 143, der zwischen dem er sten und dem zweiten Magnetteil-Abschnitt 141, 142 angeord net ist, erstreckt sich in einem Winkel (beispielsweise 140°), der kleiner als 180° ist, um die Achse der Welle 3. Die kleinere bogenförmige Kante 144B (S-Pol) der Magnetplat te 44, die dem dritten Magnetteil-Abschnitt 143 gegenüber liegen kann, weist einen Mittelwinkel ΘC (beispielsweise etwa 30°) auf, der kleiner als 90° ist. Folglich bilden, wie gezeigt ist, die Seiten 144C, durch die die größere und die kleinere Kante 144A und 144B verbunden sind, geneigte Ober flächen.

Aufgrund des ähnlichen Aufbaus zu dem oben beschriebenen fünften Ausführungsbeispiel 100E weist der Drehwinkelsensor 100F dieses sechsten Ausführungsbeispiels im wesentlichen die gleichen Vorteile wie der des fünften Ausführungsbei spiels 100E auf.

In Fig. 21 ist ein Drehwinkelsensor 100 G, der ein siebtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt, gezeigt.

Bei diesem Ausführungsbeispiel ist eine Magneteinheit 151 verwendet, die einen halbkreisförmigen Magnetplattenab schnitt 151A mit einem N-Pol, einen kreisförmigen Magnet plattenabschnitt 151B mit einem S-Pol und einen Schaftab schnitt 151C, der sich zwischen den zwei Magnetplattenab schnitten 151A und 151B erstreckt, auf. Wie dargestellt ist, ist die Magneteinheit 51 konzentrisch und befestigt auf der Drosselventilwelle 3 angeordnet, um sich mit derselben zu drehen. Um den halbkreisförmigen Plattenabschnitt 151A sind konzentrisch ein erster und ein zweiter Magnetteil-Abschnitt 152, 153 angeordnet, von denen jeder eine bogenförmige Form aufweist. Um den kreisförmigen Plattenabschnitt 151B ist konzentrisch ein dritter Magnetteil-Abschnitt 154 angeord net, der eine ringförmige Form aufweist.

Das siebte Ausführungsbeispiel 100F weist Vorteile auf, die im wesentlichen die gleichen sind wie die des fünften Aus führungsbeispiels 100E. Speziell ist es bei dem siebten Aus führungsbeispiel 100F aufgrund der sich axial erstreckenden Form der Magneteinheit 151 möglich, daß jeder des ersten und des zweiten Magnetteil-Abschnitts 152, 153 eine erhöhte Län ge aufweist, was eine Zunahme des Erfassungsbereichs des Drehwinkelsensors 100F bewirkt.

Bei den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen ist eine Anordnung verwendet, bei der die Rechenschaltung 19, die basierend auf den Ausgangsspannungen E1, E2 des ersten und des zweiten Hall-Elements 11, 12 ein Signal So gemäß dem Drehwinkel Θ der Welle 3 ausgibt, in dem Gehäuse 1 instal liert. Jedoch ist die Erfindung nicht auf eine derartige Anordnung begrenzt. Das heißt, daß, wenn es erwünscht ist, die Rechenschaltung 19 außerhalb des Gehäuses 1 angeordnet sein kann.

Bei den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen ist eine Anordnung verwendet, bei der die Magnetplatte 4 (31, 41, 51, 144, 151) an der Drehwelle 3 befestigt ist. Wenn es er wünscht ist, kann jedoch auch eine andere Anordnung verwen det werden, bei der die Magnetplatte mit dem Gehäuse 1 ver bunden ist und der erste und der zweite Magnetteil-Abschnitt sowie der dritte Magnetteil-Abschnitt angeordnet sind, um durch die Welle 3 gedreht zu werden.

Claims

1. Drehwinkeldetektor zum Erfassen eines Drehwinkels einer Drehwelle (3), mit:
einer ersten Einheit, die einen Magneten (4; 31; 41; 144; 151) aufweist;
einer zweiten Einheit, die einen ersten, einen zweiten und einen dritten Polschuh (5, 6; 43, 44; 70; 141, 142, 143; 152, 153, 154) aufweist, die umfangsmäßig ange ordnet sind, um den Magneten (4; 31; 41; 144; 151) kon zentrisch zu umgeben, wobei der erste und der zweite Polschuh symmetrisch bezüglich des Magneten angeordnet sind;
einer Verbindungseinrichtung zum Verbinden entweder der ersten oder der zweiten Einheit mit der Drehwelle (3);
einem ersten Sensor (11) zum Erzeugen eines ersten Si gnals gemäß der Größe der magnetischen Flußdichte, die zwischen dem ersten und dem dritten Polschuh erzeugt wird; und
einem zweiten Sensor (12) zum Erzeugen eines zweiten Signals gemäß der Größe der magnetischen Flußdichte, die zwischen dem zweiten und dem dritten Polschuh er zeugt wird.

2. Drehwinkeldetektor gemäß Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die erste Einheit mittels der Verbin dungseinrichtung mit der Drehwelle (3) verbunden ist, derart, daß sich der Magnet (4; 31; 41; 144; 151) zu sammen mit der Drehwelle (3) dreht.

3. Drehwinkeldetektor gemäß Anspruch 2, dadurch gekenn zeichnet, daß der erste, der zweite und der dritte Pol schuh (5, 6; 43, 44; 70; 141, 142, 143; 152, 153, 154) eine unterteilte Zylinderstruktur bilden, die den Ma gneten (4; 31; 41; 144; 151) konzentrisch umgibt.

4. Drehwinkeldetektor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der zweite Sensor (11, 12) jeweils ein Hall-Element ist.

5. Drehwinkeldetektor gemäß einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Einheit in ein Kunststoffgehäuse (1A, 1B) eingebettet ist, wobei das Gehäuse mit einer kreisförmigen Ausnehmung (1C) ausge bildet ist, in der der Magnet (4; 31; 41; 144; 151) drehbar installiert ist.

6. Drehwinkeldetektor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnet (4) allgemein elliptisch geformt ist und entgegengesetzt gegenüber liegende bogenförmige Kanten (4A, 4B) und parallele Seitenkanten (4C, 4D) aufweist.

7. Drehwinkeldetektor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnet (31) entgegenge setzt gegenüberliegende Sektorabschnitte (31A) und einen rechteckigen Mittelabschnitt (31B) aufweist.

8. Drehwinkeldetektor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der zweite Polschuh (5, 6) jeweils einen Mittelwinkel von etwa 90° bezüglich einer Drehachse des Magneten aufweisen, und daß der dritte Polschuh (70) einen Mittelwinkel von etwa 180° bezüglich der Drehachse des Magneten auf weist.

9. Drehwinkeldetektor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der erste, der zweite und der dritte Polschuh (141, 142, 143) jeweils einen Mit telwinkel von etwa 120° bezüglich eines Drehwinkels des Magneten aufweisen.

10. Drehwinkeldetektor gemäß einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnet (151) einen halbkreisförmigen Magnetplattenabschnitt (151A), einen kreisförmigen Magnetplattenabschnitt (151B) und einen Schaftabschnitt (151C) aufweist, der sich zwischen den zwei Magnetplattenabschnitten (151A, 151B) erstreckt, wobei der Schaftabschnitt (151C) koaxial mit der Dreh welle (3) verbunden ist.

11. Drehwinkeldetektor gemäß Anspruch 10, dadurch gekenn zeichnet, daß der erste und der zweite Polschuh (152, 153) angeordnet sind, um den halbkreisförmigen Magnet plattenabschnitt (151A) konzentrisch zu umgeben, und daß der dritte Polschuh (154) angeordnet ist, um den kreisförmigen Magnetplattenabschnitt (151B) konzen trisch zu umgeben.

12. Drehwinkeldetektor gemäß Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß der dritte Polschuh in einen vierten und einen fünften Polschuh unterteilt ist, die jeweils zwi schen dem ersten und dem zweiten Polschuh angeordnet sind, wobei der erste Sensor (11) das erste Signal ge mäß der Größe der magnetischen Flußdichte, die zwischen dem ersten und dem vierten Polschuh erzeugt wird, er zeugt, und wobei der zweite Sensor (12) das zweite Si gnal gemäß der Größe der magnetischen Flußdichte, die zwischen dem zweiten und dem fünften Polschuh erzeugt wird, erzeugt.

13. Drehwinkeldetektor gemäß Anspruch 12, dadurch gekenn zeichnet, daß die erste Einheit mittels der Verbin dungseinrichtung mit der Drehwelle (3) verbunden ist, derart, daß der Magnet (4; 31; 41) sich zusammen mit der Drehwelle (3) dreht.

14. Drehwinkeldetektor gemäß Anspruch 13, dadurch gekenn zeichnet, daß der erste, der zweite, der vierte und der fünfte Polschuh angeordnet sind, um eine unterteilte zylindrische Struktur zu bilden, die den Magneten (4; 31; 41) konzentrisch umgibt.

15. Drehwinkeldetektor gemäß Anspruch 14, dadurch gekenn zeichnet, daß der Magnet (4) allgemein elliptisch ge formt ist und entgegengesetzt gegenüberliegende bogen förmige Kanten (4A, 4B) und parallele Seitenkanten (4C, 4D) aufweist.

16. Drehwinkeldetektor gemäß Anspruch 14, dadurch gekenn zeichnet, daß der Magnet (31) entgegengesetzt gegen überliegende Sektorabschnitte (31A) und einen recht eckigen Mittelabschnitt (31B) aufweist.

17. Drehwinkeldetektor gemäß einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der erste, der zweite, der vierte und der fünfte Polschuh jeweils einen Mittelwin kel von etwa 90° bezüglich eines Drehwinkels des Ma gneten aufweisen.

18. Drehwinkeldetektor gemäß einem der Ansprüche 12 bis 17, gekennzeichnet ferner durch einen Magnetring (51), der angeordnet ist, um den Magneten (4) konzentrisch zu um geben, wobei der Ring (51) mit der Drehwelle (3) ver bunden ist, um sich mit demselben zu drehen.

19. Drehwinkeldetektor gemäß Anspruch 18, dadurch gekenn zeichnet, daß der Magnetring (51) folgende Merkmale aufweist:
zwei entgegengesetzt gegenüberliegende bogenförmige magnetische Teile (51A); und
zwei entgegengesetzt gegenüberliegende nicht-magneti sche Teile (51B),
wobei diese vier Teile abwechselnd angeordnet sind, um den Ring (51) zu bilden.